Lĩnh vực 11
Mạng lưới chất lưu
Áp suất, dòng chảy và những đường ống đưa nước đến nơi cần dùng
Mạng lưới chất lưu đưa nước và các chất lỏng khác đi qua đường ống, máy bơm, van và bồn chứa. Kỹ sư thiết kế chúng sao cho mỗi vòi nước, cánh đồng hay cỗ máy đều nhận đủ lưu lượng với áp suất phù hợp.
Phù hợp với ai
Trẻ em thích lắp ráp với ống nước và vòi nước, và những người học quan tâm đến nông nghiệp, nhà ở và cấp nước.
Bạn sẽ học được gì
- Áp suất là gì, và vì sao nước chảy từ nơi áp suất cao đến nơi áp suất thấp
- Chiều dài, độ rộng và các khúc cong của đường ống cản trở dòng chảy như thế nào
- Bồn chứa, máy bơm và van chứa, đẩy và điều tiết nước như thế nào
- Cách lập kế hoạch cấp nước đơn giản cho nhiều người dùng
Ví dụ thí nghiệm
-
Nâng bồn nước lên cao và xem áp suất ở các vòi nước bên dưới thay đổi ra sao.
-
So sánh dòng chảy qua một ống hẹp và một ống rộng.
-
Mở và đóng van để chia nước cho hai khu vườn.
Những thứ bạn có thể chế tạo
-
Hệ thống cấp nước cho một trường học nhỏ
-
Hệ thống tưới vườn tự chảy nhờ trọng lực
-
Một bồn chứa tự ngừng nạp nước khi đầy
Những ví dụ này cho thấy loại công việc trong lĩnh vực này. Các bài học khi được phát hành có thể khác.
Những gì mô phỏng đơn giản hóa
- Dòng chảy được tính cho các mạng đường ống bằng những quy tắc đơn giản hóa, không phải bằng một mô phỏng động lực học chất lưu (CFD) đầy đủ.
- Nước được lý tưởng hóa: rò rỉ, bọt khí và sự hao mòn của đường ống thật đều được bỏ qua.
Mọi mô phỏng đều đơn giản hóa thực tế. Hiểu mô phỏng đơn giản hóa như thế nào cũng là một phần của việc học kỹ thuật.
Liên hệ với các môn học ở trường
Vật lý (áp suất), toán học (tốc độ thay đổi và đo lường), địa lý (cấp nước), nông nghiệp
Liên hệ với các lĩnh vực khác
Mạng lưới chất lưu liên hệ với cơ học (áp suất và lực), với hệ thống điều khiển (giữ mực nước) và với tự động hóa (máy bơm tự bật và tắt).
Điều nên biết
Tháp nước được dựng thật cao để chỉ riêng trọng lực cũng tạo ra áp suất đẩy nước đi khắp các đường ống của thị trấn.